HIDROGÊNIO

Bolsista: Leonice

O hidrogênio é o elemento químico que na tabela periódica ocupa a primeira casa e é representado pela letra H.

Ocupando a primeira casa da tabela tem um número atômico de 1 e uma massa atômica também muito próxima de 1, dado que o seu isótopo mais abundante tem um núcleo unicamente constituído por um próton.

A temperatura e pressão normais, isto é, 0 ºC e 1 atm apresenta-se como um gás e é extremamente inflamável, não tem cor nem odor.

As suas moléculas são constituídas por dois átomos (molécula diatômica) que partilham entre si os seus dois únicos elétrons.

É o elemento mais abundante no Universo e um dos mais abundantes na Terra.

Está presente na água e em todos os compostos orgânicos e organismos vivos, podendo reagir quimicamente com muitos outros compostos.

As  suas aplicações são diversas, incluindo a produção de amônia, como combustível alternativo e como fonte de energia em células combustíveis.

Apesar da sua abundância no universo, o hidrogênio é difícil de produzir em grandes quantidades. Hoje em dia o processo mais utilizado é o steam reformingdo gás natural (operação a alta temperatura em que o gás natural é contactado com vapor de água). Outro meio de produzir hidrogênio é por eletrolise da água, mas economicamente ineficiente para uma produção em massa. Em laboratório pode ser preparado por reação de ácidos com metais, por exemplo, ácido nítrico sobre uma placa de zinco.

 

História

O hidrogênio foi o primeiro composto a ser produzido por Theophratus Bombastus von Hohenheim (1493–1541), alquimista suíço, também conhecido como Paracelsus, misturando metais com ácidos. Paracelsus, no entanto, ignorava que o “ar explosivo” produzido através dessa reação química fosse o hidrogênio.

Só em 1766, Henry Cavendish reconheceu este gás como uma substância química individualizada. Identificou o gás libertado a partir da reação de metais com ácidos como sendo inflamável e descobriu que este gás produzia água quando é queimado na presença de ar.

Foi Antonie Lavoisier que, em 1783, deu nome de hidrogénio ao elemento químico e provou que a água é composta de hidrogênio e oxigênio.

A primeira utilização do hidrogênio foi em balões.

Embora este elemento seja o mais abundante no Universo, a sua produção na Terra é relativamente difícil, podendo ser obtido por:

§  Eletrolise

§  Relações de metais com ácidos

§  Reações de carvão ou hidrocarbonetos com vapor de água a alta temperatura.

O átomo de hidrogênio é o mais simples de entre todos os elementos. O isótopo mais abundante, o prótio, é constituído por um núcleo unicamente com um próton, em torno do qual orbita um elétron. Devido à sua simplicidade foi crucial no desenvolvimento dos modelos atômicos.

Harold C. Urey descobriu  o deutério, um isótopo do hidrogênio em que o núcleo é constituído por um próton e um nêutron, através de destilações repetidas de amostras de água.  Devido a esta descoberta, Harold ganhou o prêmio Nobel em 1934. Este isótopo do hidrogênio é relevante em inúmeras aplicações, nomeadamente na indústria nuclear. Apesar da diferença entre o deutério e o isótopo mais abundante ser só um nêutron, dado que o núcleo do hidrogênio é muito leve, um átomo de deutério tem aproximadamente o dobro da massa de um átomo de próton.

Outro isótopo de hidrogênio, o trítio, em que o núcleo é constituído por um próton e dois nêutrons, assume uma importância particular nas reações de fusão nuclear.

 

 

Aplicações

O hidrogênio é um dos elementos com maior importância no nosso dia a dia. Existem dois átomos de hidrogênio em cada molécula de água e uma boa parte dos átomos que constituem as moléculas que suportam a vida são de hidrogênio.

O hidrogênio é o elemento mais leve, sendo o núcleo do seu isótopo mais abundante constituído unicamente por um próton. O hidrogênio é o elemento com maior abundância no Universo conhecido e um dos mais abundantes na Terra.

Para além da sua importância no mundo natural, é também de enorme importância industrial e o seu fornecimento é freqüentemente um fator limitante na indústria.

Elevadas quantidades de hidrogênio são necessárias em indústrias químicas e petrolíferas, nomeadamente no processo “Harber”  para produção de amônia o quinto composto com maior produção industrial.

Além da produção de amônia o hidrogênio é também utilizado na hidrogenação de gorduras e óleos, hidroalquilações, hidrossulfuração, hidrocraking, bem como na produção de metanol entre outras.

O hidrogênio está atualmente a ser testado como fonte de energia "limpa" para utilização em transportes. A reação do hidrogênio com o oxigênio, para produzir água, realizada em células de combustíveis é uma das formas mais promissoras para gerar energia para automóveis, evitando a libertação de gases com efeito de estufa, ao contrário do que acontece com os motores atuais que utilizam a combustão de hidrocarbonetos de origem fóssil.

Outra enorme promessa do hidrogênio ao nível da energia é a fusão nuclear. Este processo, que alimenta a maior parte das estrelas que brilham no firmamento, produz hélio a partir de núcleos de hidrogênio, libertando enormes quantidades de energia. Esta reação, que já foi utilizada, na sua forma "descontrolada" nas bombas de hidrogênio, se for levada a cabo de uma forma controlada poderá permitir ter uma fonte de energia quase inesgotável.

Outras aplicações relevantes do hidrogênio são:

§  Produção de ácido clorídrico (HCl);

§  Combustível para foguetões;

§  Arrefecimento de rotores em geradores elétrico em postos de energia, visto que o hidrogênio possui uma elevada condutividade térmica;

§  No estado líquido é utilizado em investigações criogênicas, incluindo estudos de supercondutividade;

§  Como é 14,5 vezes mais leve que o ar e por isso é usado muitas vezes como agente de elevação em balões e zepelins, embora esta utilização seja reduzida devido a riscos de trabalhar com grandes quantidades de hidrogênio, que foi bem patente no acidente que destruiu o Zeppelin "Hindenburg" em 1937.

§  O deutério, um isótopo do hidrogênio em que o núcleo é constituído por um próton e um nêutron, é utilizado, na forma da chamada "água pesada" em fissão nuclear como moderador de nêutrons

Compostos de deutério possuem aplicações na química e na biologia em estudos de reações utilizando o efeito isotópico.